取水工程課程設(shè)計(jì)

《取水工程》課程設(shè)計(jì)—30000m3/d地下水水源設(shè)計(jì)計(jì)算書姓名 專業(yè)班級(jí)組 別 指導(dǎo)教師 日 期 太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、 題目30000m3/d地下取水水源設(shè)計(jì)計(jì)算2、 目的培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的水文地質(zhì)和地下水取水工程的知識(shí)，解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)一步提高計(jì)算、繪圖、使用規(guī)范、手冊(cè)和技術(shù)資料的基本技能。3、 要求確定取水型式與構(gòu)造、取水設(shè)備，確定井群布置的方案。計(jì)算書要文字簡(jiǎn)練，字體端正，計(jì)算正確，圖表清晰美觀。4、 資料水源地范圍長(zhǎng)X寬=1350X1600地下水流向及水位自北向南流動(dòng)靜水位：10.00m含水層性質(zhì)：承壓含水層巖性：粗砂夾礫石埋深：52?73m(厚度為21m)滲透系數(shù)：K=43.5m/d影響半徑：R=260.5m水質(zhì)資料:符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)勘探試驗(yàn)井井距：L、=54.59m井徑：D、=300mm抽水試驗(yàn)資料 試1#、2#孔進(jìn)行了互阻抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)進(jìn)行了三次穩(wěn)定降深，試驗(yàn)成果詳見表1。表1抽水試驗(yàn)資料抽水1#2#單孔互阻單孔互阻次涌降單位水涌降單位涌降單位水涌降單位數(shù)水深涌水位水深涌水水深涌水位水深涌水量S量削量S量量S量削量S量Q(L(mQ減Q(L(mQQ(L(mQ減Q(L(mQ/S))(L/s?m)量t(m)/S))(L/s?m)/S))(L/s?m)量t(m)/S))(L/s?m)117.5571.5211.5510.3216.0821.619.98815.411.728.970.5211.411.736.595234.6313.1710.9250.7828.8953.199.05829.623.568.320.8924.553.586.858347.6794.6810.1880.9341.0014.728.68737.234.687.961.1829.624.586.467二、設(shè)計(jì)計(jì)算1、取水型式的確定管井對(duì)含水層的適應(yīng)能力強(qiáng)，施工機(jī)械化程度高，用于開采深層地下水，井深一般在300m以內(nèi)，最深可達(dá)1000m以上。2、單井的設(shè)計(jì)計(jì)算㈠圖解法確定Q-S曲線①對(duì)1#井抽水?dāng)?shù)據(jù)做如下處理：抽水次數(shù)lgSwlgQ10.1818441.2444520.5010591.5394630.6702461.678321#試驗(yàn)井lgQ-lgSw擬合曲線圖則q-s曲線為幕函數(shù)型 q=nmsw將兩邊取對(duì)數(shù)，得：lgQ=lgn+一lgsmwA和b可由最小二乘法算得，計(jì)算公式如下:n￡(lgs)2一(￡lgs)2

m=n￡(lgs?igQ)一￡lgs：￡lgQ

w w3x0.733-1.8313x2.122—6.038=1.122￡lgQ-上lgn= mNs4.462一1x1.353里= 1122 =1.0853則n=101.085=12.16則有Q—Sw曲線方程：Q=12.161回七抽水次數(shù)lgSwlgQ(lgSw)*(lgQ)10.2355281.1878030.27976120.551451.4715850.81150530.6702461.5708931.052884②對(duì)2#抽水?dāng)?shù)據(jù)做如下處理:2#試驗(yàn)井lgQ-lgSw擬合曲線圖ogly=0.8847x+0.98031.8-1.6 為幕函數(shù)型Q=nmSW將兩邊取對(duì)數(shù)，得：lgQ=lgn+—lgsmwA和b可由最小二乘法算得，計(jì)算公式如下:

N￡(1gs)2-(Z1gs)2w wywm) - —w亍)3N￡(1gs)2-(Z1gs)2w wywN￡(1gs?lgQ)-￡1gs?Z1gQ3x2.145-6.1651gn=1gn=Z1gQ--Z1gsmwN4.23-x1.457 1.115 =0.9743貝U n=100.974=9.42Q=9.421.115則有Q—Sw曲線方程： 'wQ=9.421.115'y根據(jù)圖解法，可以選擇一個(gè)比較安全的Q-S曲線： 氣’w㈡曲度n值法確定Q-S曲線對(duì)1#井抽水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行如下處理：IgSi0.181844lgQ11.24445lgS20.501059lgQ21.539465lgS30.670246lgQ31.678327=1.081"_1gs。-1gs_0.501-0.182令n1—1gQ2-1g4—1.539-1.244=1.081==1.1241gs3-1gs11gq31gq3-1gQ0.670-0.1821.6781.678-1.244】】gS3-也七0.670-0.501.…

=1.2161gQ3-1gQ1.678-1.53921#試驗(yàn)井Q-S擬合曲線圖y=12.151x。.893S/(m)②對(duì)2#井抽水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行如下處理lgS10.235528lgQ11.187803lgS20.55145lgQ21.471585峪0.670246lgQ31.570893令n=恒、27*=、限36fogi1gQ2-1gQ1 1.472-1.188=1g七-lg*=0.670-0.236=1133-1gq3-1gQ1-1.571-1.188—.=也s"也七=0.670-0.551=12021gQ3-1gQ2 1.571-1.472 *為了安全穩(wěn)定供水，取斜率較小的作為Q-S曲線，lgQ=0.8847lgSw+0.9803對(duì)上式進(jìn)行化簡(jiǎn)，最后可表示Q=9-421-115/sw綜上所述，Q-S曲線為Q=9?42i.ii尊s㈢設(shè)計(jì)降深的確定考慮供水安全和含水層埋藏條件，取S設(shè)=1.75Smax㈣單井出水量的推求根據(jù)S.和Q-S曲線確定設(shè)計(jì)降深下的單井出水量，但要特別注意，設(shè)計(jì)井的井徑與試驗(yàn)井的井徑不同時(shí)，要進(jìn)行出水量的校正。設(shè)計(jì)降深及單井流量的確定S設(shè)=1-75Smax=1-75x4-68=8-19m單井出水量Q=9.421.1仃=62.107L/s=5366.03m3/d選取井徑為300mm，則不需要校正。㈤井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井徑：300mm孔口徑：500mm井管材料：井壁管應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，使其能夠經(jīng)受地層和人工填充物的側(cè)壓力，并且應(yīng)盡可能不彎曲，內(nèi)壁平滑、圓整以利于安裝抽水設(shè)備和井的清洗、維修。一般情況下，鋼管適用范圍較廣，井深不受限制，但成本較高，易受腐蝕。而鑄鐵管成本較低，不易受腐蝕，但井深不易超過150m。因此，選用鑄鐵管作為井壁管材料。過濾器過濾器用以積水和保持填礫與含水層的穩(wěn)定，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和抗蝕性，具有良好的透水性且能保持人工填礫和含水層的滲透穩(wěn)定性。在均質(zhì)含水層中設(shè)計(jì)過濾器時(shí)，其長(zhǎng)度應(yīng)符合下列規(guī)定：含水層厚度小于30m時(shí)，宜取含水層厚度或設(shè)計(jì)動(dòng)水位以下含水層厚度。由于含水層巖性為粗砂夾礫石，水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）。因纏絲過濾器、填礫過濾器具有較好的滲水能力，故適合在這里使用。故此設(shè)計(jì)使用不銹鋼纏絲過濾器、填礫過濾器。1） 填礫粒徑和含水層粒徑之比為：Do=7d50式中 D0——填礫中粒徑小于氣。值的砂、礫石占總重量的50%d50——含水層中粒徑小于d50的占重量的50%允許流速vf=65^K=228.60m/d^理=以j36*03刃=162.755m/dnDl 3.14x0.5x21因?yàn)榧危?所以符合要求。2） 填礫層厚度為100mm。3） 過濾器纏絲間距小于礫石粒徑。4） 填礫層高度超過過濾器頂6m。5） 填礫層上方用速凝水泥封閉，封閉高度為44m。6） 總填礫層高度為37m。7） 過濾器長(zhǎng)度為21m。沉淀管含水層埋深為52?73m（厚度為21m），且含水層巖性為粗砂夾礫石，故泥沙相對(duì)較少，因此沉淀管長(zhǎng)度取6m。井深根據(jù)沉淀管和含水層埋深，可得井深為79m。3井群的計(jì)算（1）開采井?dāng)?shù)的布置根據(jù)單井出水量，并考慮井群間互阻影響和備用井?dāng)?shù)確定為滿足30000m3（1）開采井?dāng)?shù)的布置根據(jù)單井出水量，并考慮井群間互阻影響和備用井?dāng)?shù)確定為滿足30000m3/d水量而布置的開采井?dāng)?shù)。Q30000n= 則應(yīng)布置的井?dāng)?shù)0.75"單井=7.45乂80.75x5366.03備用井?dāng)?shù)為2（2）開采井的布置開采井的影響半徑「RS、RRlg-r式中=—?RS00DD?lg—0r0nifn平必 4-^nA nifn平必R、R0設(shè)計(jì)開影響半徑、試驗(yàn)所得影響半徑；S、S0r、r0解得R=427.5m設(shè)計(jì)、試'驗(yàn)M□寸P中/深；-開采開、試驗(yàn)井半徑；布置開采井的出水量減少系數(shù)

互阻時(shí)1#井出水量Q1'互阻時(shí)1#井出水量Q1'=2兀Kmtln2兀Kmr出水量減少系數(shù)a1=1一1.11"一§s(s-s(s-t)_s(^-1)t'=t?12__t'=t?2111 1ss—tt，2 2ss—tt12 12 12 12￡1￡2￡1￡21.521.723.173.564.684.68t2J0.2380.4380.6230.7150.7320.995tlt20.320.520.780.890.931.IS0.1420.2320.ITS0.1S20.1420.193由于試驗(yàn)井與設(shè)計(jì)井的降深和井距不同，t’要進(jìn)行降深校正(方法是利用t’一S曲線求設(shè)計(jì)降深下的t’)對(duì)t2'的校正t2’及S對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如下表:

S-t2'擬合曲線圖則S疙8.19m時(shí)，得t2’=2.418m對(duì)a的校正校正后的a還要進(jìn)行井距校正:lgR ig427.5a=a. ：i=0.269x四*25=0.108設(shè)1 試 R 1427.25】g— lg^T^Tr式 54.59a設(shè)2=0.269x427.537254273lg一54.59=0.018試計(jì)算井群總的出水量和水量減少系數(shù)如下表:井號(hào)i腿(m)■影響右側(cè)飄Effi-Ecr航<1-1(?)￡!:L/s)O13E.25a3%5?186.25a3此f1E72.50〔D.1C80〔./189255.3992136.3.108(30,01E0.1263.87454.2824HE.250O.C13D.1C80(.125187454.2825■72.53.1D8(0(.103J.89255.3995E72.50C0.1C80(.125187455哉1133.1D8(0.01E(.2310.7U654.2829HE.250O.C13D.1C80〔.制3.7i)654.28210■72.53.1D8(0(.125JS455.399由上表井群在互阻情況下的總出水量為：EQ’=4X(55.399+54.282)=438.724L/s不發(fā)生互阻時(shí)，總出水量為：EQ=62.107X8=496.856L/s町互阻影響，井群出水量共減少：￡Q-￡0 496.856-438.724 V x100%= x100%=11.7%^Q496.856總水量減少系數(shù)為11.7%V25%設(shè)計(jì)符合要求。4抽水設(shè)備的選擇根據(jù)計(jì)算所得干擾出水量和設(shè)計(jì)井結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)降深，并考慮管路水頭損失和服務(wù)水頭，確定合理的抽水設(shè)備。Q’max=55.399X3.6m3/h=199.44m3/h所選300RJC220-13.5-7型水泵，出水量為220m3/h,總揚(yáng)程為94.5m，符合設(shè)計(jì)要求。三、井群水位降深的校核在互阻影響下，各井以所選水泵額定流量220m3/h抽水時(shí)，水源地中水位降深最大井的降深為：TOC\o"1-5"\h\z(RR R R R、Q-lg-+Q」g—+Q」g—+Q」g—+Q」g—

[3r1r2r4r5rj427.5 427.5 427.5 427.5 427.5、x(5280lg +5280lg +5280lg +5280lg +5280lg )2.73x43.5x21 0.25 18625 3725 18625 3725=8.62mAC:彥壽:~~5280x4.68AS=履、 =0.2x■ =0.83m水躍值KFX43.5x3.14x0.5x21一 ,所以降深最大的井降深為S=S3+AS=8.62+0.83=9.45m該降深值小于含水層厚度21m，因而滿足要求。四、總結(jié)與建議總結(jié)：對(duì)照本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)書所給的水文地質(zhì)資料，結(jié)合課本中的地下水取水構(gòu)筑物的各種類型及適用條件，最終選取管井形式。經(jīng)驗(yàn)公式是建立在水文地質(zhì)詳細(xì)勘察和現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，找出符合井的出水量Q和水位降落值S之間的關(guān)系方程式。所以要對(duì)設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇與實(shí)際過程盡量接近且相對(duì)穩(wěn)定的資料。最終，對(duì)比1#和2#井的資料、計(jì)算，確定一個(gè)比較安全的Q-S曲線。管井深度應(yīng)根據(jù)需水量，擬開采含水層的深度、厚度、富水性及其出水能力同時(shí)結(jié)合附近其他同類條件的水井資料等綜合因素考慮。在地下水取水設(shè)計(jì)過程中要考慮對(duì)周邊環(huán)境的影響，不能對(duì)給定的井群范圍以外的地方產(chǎn)生地下水位的影響，井群本身布置也不宜太緊湊，盡量減少互阻，單井的降深及直徑均應(yīng)當(dāng)與試驗(yàn)井接近，否則實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)將失去意義。必須指出，引用試驗(yàn)井資料進(jìn)行設(shè)計(jì)井